核心素养下物理教学的三个走向

【专家介绍】

西南大学教师教育学院教授，硕士研究生导师。重庆市人文社会科学重点研究基地、重庆市科普基地，西南大学科学教育研究中心副主任。重庆市普通本科高等学校教学指导委员会数理类专业教学指导委员会委员。腾讯科学教育专家委员会委员。主持国家社会科学基金教育学一般项目等多项科研项目，参加编写高中物理教材，先后发表学术论文50余篇。在国内较早开展中学生科学家形象和科学技术形象研究，研究成果受到国内学术同行和新闻媒体关注。曾获重庆市科技进步奖三等奖（4/8）等。

摘   要：文章旨在探讨核心素养下中学物理教学的三个重要走向。一是从关注教师的“教”走向关注学生的“学”。教师要重点关注学生的已有知识经验、学习困难和学习动机。二是从“知识型”教学走向“思维型”教学。教师可以对教学内容进行思维可视化，对教材内容进行结构化。三是从物理知识教学走向科学文化教育。教师可以挖掘和利用科学家素材进行教学来彰显科学文化教育。科学家素材的利用要关注科学家品质、中国科学家的成就、女性科学家素材挖掘、科学家视频资源开发。

关键词：核心素养；物理教学；学为中心；思维型教学；科学文化

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）1-0001-5

随着科技的飞速发展和社会的不断进步，培养学生哪些关键能力以适应未来社会的发展需求已成为国际社会共同关注和亟待解决的问题［１-２］。２０１６年，我国发布了《中国学生发展核心素养》的总体框架和基本内涵，分别从文化基础（人文底蕴、科学精神）、自主发展（学会学习、健康生活）和社会参与（责任担当、实践创新）三个方面对中国学生适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力提出要求［３］。在此基础上，中学各学科课程标准立足于对本学科内容特点的深入理解，进一步凝练出学科核心素养，并作为学科育人价值的集中体现［４］。其中，物理学科核心素养，主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度［５］。

从学科核心素养的制定到落实，本质上是从“培养什么样的人”到“如何培养这样的人”的转变，如何让物理学科核心素养在物理教学中真正落地实施，是当前推进物理课程改革必须面对和思考的问题。在培养学生核心素养和学科核心素养的背景下，中学物理教学有哪些新的走向呢？

１    从关注教师的“教”走向关注学生的“学”

《中国学生发展核心素养》中的自主发展包括学会学习和健康生活两个维度［3］。在教学中，应该促进学生学会学习。教育部印发的《义务教育课程方案（２０２２年版）》中则明确提出“凸显学生主体地位，关注学生个性化、多样化的学习和发展需求”［6］。从新课程的理念出发，教学改革要实现由教师中心到学生中心的转变，从关注教师的“教”走向关注学生的“学”，进而提高学生的学习质量。

１．１    关注学生的已有知识经验

物理教学要基于学生已有的知识经验展开。布卢姆在《为掌握而学》中阐述了学校学习理论中的主要变量，分别为学生的特征、教学质量以及学习的结果［7］。学生的学习特征包括认知准备状态和情感准备状态。在教学中，要关注这两种状态。奥苏伯尔提出了有意义学习理论，其实质在于符号（语言文字及其符号）所代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当观念建立起非人为性的和实质性的联系［8］。因此，在物理教学中，要帮助学生将新知识与旧知识关联起来。许多老师也习惯于复习旧知识、讲解新知识。

关注学生的已有知识经验，要注意一种情况：学生在进入课堂前对所要学习的内容并非一张“白纸”，头脑中已经存在许多前概念。学生头脑中的前概念有些是正确的，有些是错误的，有些是完整的，有些是不完整的。而这些前概念都会对学习者的学习产生影响。帮助学生进行概念转变，也是物理教学的一项重要内容。

重庆市名师阮享彬在“浮力”一课中，不仅关注到学生认为“下沉的物体不受浮力”这一前概念，而且利用自制的“爽歪歪”实验教具破解了这一难题。首先，学生用一根橡皮筋连接细线和爽歪歪，用力捏住细线的一端将爽歪歪提起，进行受力分析可知，手受到爽歪歪向下的拉力，橡皮筋被拉长发生形变。然后，教师让学生把爽歪歪浸入水中并注意观察橡皮筋的长度。在浸入爽歪歪的过程中，学生感受到拉力变小，看到橡皮筋变短。这充分说明爽歪歪在水面下受到一个向上的力，即液体对下沉物体所施加的浮力。教师通过关注学生的前概念，巧用实验帮助学生完成概念转变。

１．２    关注学生的学习困难

关注学生的学习困难是教学中的重要环节。马格努森（Magnusson）等人基于对科学教师学科教学知识的研究，认为PCK由五部分组成，分别是：一，关于学科教学取向（orientation）的知识；二，关于课程的知识；三，关于学生的知识；四，关于教学策略的知识；五，关于学习评价的知识［９］。关于学生的知识进一步可以分为学生学习的准备知识和学生学习的困难知识［１０］。了解学生的学习困难，能使教师更好地把握学科教学的重点和难点，从而有针对性地调整教学策略，帮助学生更好地理解和掌握知识。

在教学过程中，教师要关注学生存在哪些学习困难以及造成困难的原因，站在学生的立场上思考问题，找出学生在学习过程中的堵点，实施处方式教学。例如，现行教材中某些内容的编写，可能造成学生理解上的困难，教师就要积极关注并寻求破解之道。

以人教版“楞次定律”一节为例，教材中采用插入磁铁和拔出线圈的方法引入感应电流的磁场较为生硬，易使学生感到困惑。那么，如何自然地引入感应电流磁场方向？江西信丰中学的物理教学名师郭训盛不但关注到这个学习困难，而且利用实验巧妙地将问题进行转化，帮助学生更好地学习该内容［１1］。他在一个自己绕制的线圈的两端，反向并联了两个发光二极管组成闭合电路，让超强磁铁直接靠近或远离线圈，能够观察到闭合线圈被推开（表现为斥力）和被吸引（表现为引力）以及发光二极管产生明暗变化的现象。由同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的规律，可以判断出感应电流的磁场方向，进而较为自然地帮助学生从研究感应电流的方向转换为研究感应电流磁场的方向。这一教学思路的转变，是对原有教材的巧妙处理，符合学生的认知规律，创造性地解决了学生的学习困难。

１．３    关注学生的学习动机

奥苏伯尔认为成就动机（学生试图取得好成绩的倾向）主要由认知内驱力、自我提高内驱力以及附属内驱力组成。认知内驱力是学生渴望认知、理解和掌握知识，以及陈述和解决问题的倾向［１2］。学生学习的毅力与认知内驱力的强度密切相关。若要提高学生的认知内驱力，最好的办法之一，是使学习情境具有吸引力。２０２０年教育部印发的《普通高中物理课程标准（２０１７年版２０２０年修订）》中特别指出“在教学设计和教学实施过程中要重视情境的创设”，创设情境教学对于培养学生的物理学科核心素养具有至关重要的作用［１3］。

西南大学附属中学杨川老师在教学过程中创设两种不同的真实情境引入动能定理相关知识［１4］。他使用小车、砝码、水平轨道、定滑轮和细线等实验器材进行实验。首先，他将小车平置在水平轨道上，使小车在重物的作用下沿着细线在水平轨道滑行；接下来，他将小车倒置在水平轨道上，同样使小车在重物的作用下沿着细线在水平轨道滑行。在情境一中，让学生思考拉力做功与小车质量、小车前后速度之间的关系；在情境二中，让学生思考拉力与摩擦力合力做功与小车质量、小车前后速度之间的关系，再引导学生根据牛顿第二定律推导出动能定理的表达式。杨川老师所用实验情境兼顾拉力做功和合力做功两种情况，与教材设置相比，能够更加有效地激发学生的学习兴趣，提升学习动机，也使得教材中与动能定理相关知识更加生动形象。

２    从“知识型”教学走向“思维型”教学

核心素养是人们在信息时代和知识社会中，为了应对复杂问题和不可预测的情境，所需要具备的高级能力和人性能力。然而，素养并不等同于知识，知识的积累并不必然会导致素养的提升。但同时素养离不开知识，没有知识的支撑，素养就如同无源之水、无本之木［15］。新一轮基础教育课程改革，诸如数学、物理、语文、外语等学科的核心素养都在强调促进学生思维品质的发展。物理学科核心素养，更是明确将科学思维作为学科核心素养的四个维度之一。

从科学发展的历史角度来看，短期内科学呈现为一个相对稳定的理论知识体系；然而，长期来看，科学真理并非永恒不变。科学的本质是相对且可变的，它始终处于不断的修正和发展过程中。科学知识不是静态的，而是动态的。“变化”是科学本身具有的唯一不变特性。相对不变的，可能是科学精神、科学方法和科学思维。在知识爆炸的时代，知识是教不完的。教育如何应对这样的时代，唯有发展学生的科学思维。因此，为了实现课堂教学改革的素养导向目标，促进学生思维能力的提升，物理教学需要从“知识型”教学走向“思维型”教学。

２．１    思维可视化

一些教师提出，在规律课教学和习题课教学中能够培养学生的思维能力。那么，在概念课教学中能不能发展学生的科学思维呢？答案是肯定的。概念教学中也可以通过思维可视化发展学生的科学思维。

以高中物理“液体的表面张力”一节为例，有老师自制了液体表面张力演示仪进行实验并展开概念教学［１6］。液体表面张力演示仪装置主要由两个部分组成：下端是一个装有砂砾的小瓶，上端是一个钢丝圈，两个部分通过三根钢丝连接在一起。首先，将装置放入水中，使其自然静止。经过受力分析，学生可以了解到装置在自身重力和浮力的作用下达到了平衡状态。然后，用手将整个装置按入水中，使其完全浸没。在放手后，装置上浮，达到一个新的平衡状态。对此状态进行分析，装置受到的浮力变大，大于其自身重力。然而，装置仍然保持平衡，因此可以推断出装置除了受到重力和浮力之外，还受到了第三个力的作用。这个第三个力就是液体表面张力，它在这个过程中被自然地引了出来。

在这个例子中，教师通过实验进行“搭桥”，让学生从外在的实验现象和内在的逻辑推理明确地意识到液体表面张力的存在。整个教学过程，不仅仅是教知识，关键在于引导学生分析论证得到液体中还存在表面张力这一概念。这个过程实际上是一个科学论证的过程。科学论证是物理学科核心素养“科学思维”的一个维度。在这个教学片段中，教师通过可视化的手段在某种程度上发展了学生的科学思维。

２．２    知识结构化

教师在进行教学时需要注重知识结构化，从学生的认知逻辑和学科知识逻辑出发，帮助学生建立专家型思维。教师以专家思维看待物理教学内容、组织教学，有助于学生在脑海中形成完整有序的知识结构，同时锻炼学生的科学思维。知识结构化在教学过程中，可以重点从教材知识结构化入手。

教材作为核心的课程资源，是实现课程目标的重要载体。因此，对于教师来说，深入理解和有效运用教材是至关重要的。新课程提倡教师创造性、个性化地使用教材进行教学，从而提高教学效果。教材功能的转变，促使教师的教材观由传统的“教教材”转向“用教材”。这势必会涉及到教材内容的取舍与加工，教学材料的整合与灵活运用［１7］。为了适应具体的教学情境，更好地满足学生的需求，教师在实施教学的过程中对教材的处理应当充分地展现知识的结构。杜威说：“教材的分量过少或过多，教材的排列紊乱无序，或者孤立零散，都会对思维的习惯产生不良的影响”［１8］。在物理教学中，教师要将课程内容进行结构化组织，基于学科逻辑和学生的心理逻辑实现对教材内容的重构。

以人教版“反冲现象火箭”一节为例， 重庆市２９中的刁祥老师在教学过程中，首先借助演示实验装置模拟火箭发射的现象，让学生在观察后列举生活中类似的现象并引导他们总结归纳，构建物理模型。然后对物理模型进行理论分析和解释，学习了反冲现象的定义和特点。最后用动量守恒的规律对多级火箭发射进行相应的计算，得到了一级火箭的速度，考虑到一些现实因素，了解了使用多级火箭的原因。在课堂教学的整个过程中，教师按照“观察比较，抽象建模—特征分析，理论释模—联系实践，迁移用模”的结构重组教材内容，引导学生进行学习，使本来相对较为零散的教材知识变得结构更为清晰，并且也在教学中发展了学生模型建构的科学思维。